凯威特-葵花型弦支穹顶结构的模态分析研究
摘要：弦支穹顶结构是一种优良的结构体系，综合合了网壳结构与索穹顶结构的优点，详细分析了结构的自振特性以及影响结构自振特性的各类参数。研究表明，质量是影响结构自振的直接因素之一；预应力的有无对结构自振特性影响明显；边界条件也是直接影响结构自振频率大小的因素。
关键词：弦支穹顶结构，自振特性，预应力，边界条件
弦支穹顶结构是基于张拉整体概念而产生的一种半刚性异钢种预应力空间结构。典型的弦支穹顶结构体系是由上部单层网壳、下部撑杆、径向拉杆或者拉索和环向索组成；有效的改善了单层网壳的整体稳定性，使结构可以实现更大空间跨度的造型[1]。结构跨度的增大，对于结构自身的稳定性以及抗震性能要求会更加严格。结构在地震作用下的响应不仅仅与地震作用本身有关，还与结构自身的自振特性有着非常密切的关系。因此对弦支穹顶结构进行自振特性分析具有重要意义[2]。
1 计算模型
基南市某体育馆屋盖结构，跨度为121.5米，矢高为12.2米，采用弦支穹顶结构；上部网壳采用凯威特-葵花型内外混合布置；下部弦支索杆体系为肋环型布置，设置有三道环索，局部设置构造钢棒，其中撑杆采用圆钢管，上下端铰接[3] 。
2 结构模态分析
基于ANSYS有限元分析软件的模态分析用于分析结构的固有振动特性，确定具体结构的固有频率和振型，分析结果可以作为承受动力荷载的结构进行瞬态分析的基础以及地震谐响应分析和谱分析的起点。ANSYS的模态分析实质是计算结构的振动方程的特征值以及特征向量。根据模态分析的结果，对被测评结构进行直接的动态性能评估[4]。
弦支穹顶结构属于预应力结构，其模态分析除了首先要通过静力分析把荷载产生的预应力加到结构上，其他分析过程与一般模态分析基本一致。单层网壳结构采用beam4单元，撑杆采用link8单元，拉索采用link10单元。
对体育馆屋盖的弦支穹顶结构进行模态分析，提取结构前16阶的自振频率，分别为：